JP3321890B2 - Method of forming semiconductor crystal and semiconductor element - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ビーム再結晶化法を用
いた半導体結晶の形成方法及びかかる形成方法に基づい
た半導体素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a semiconductor crystal using a beam recrystallization method and a semiconductor device based on the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ、電子ビーム等のエネルギー源か
らのエネルギーをポリシリコンから成る半導体薄膜に短
時間照射し、半導体薄膜を点状あるいは線状に溶融させ
た後、固化させて、シリコンから成る半導体結晶を形成
するビーム再結晶化法は周知である。ビーム再結晶化法
は、半導体薄膜を短時間且つ局所的に溶融−固化するの
で、基体全体を高温に加熱することなく半導体結晶を形
成することができるという利点がある。従って、ビーム
再結晶化法により、ガラス等の耐熱性の無い基体上にも
シリコン結晶の半導体素子を形成することが可能であ
る。BACKGROUND ART Laser was irradiated briefly semiconductor thin film comprising the energy of polysilicon from the energy source such as an electron beam, after melting the semiconductor thin film to a point-like or linear, solidified, made of silicon Beam recrystallization methods for forming semiconductor crystals are well known. The beam recrystallization method has an advantage that a semiconductor crystal can be formed without heating the entire substrate to a high temperature because the semiconductor thin film is locally melted and solidified in a short time. Therefore, it is possible to form a silicon crystal semiconductor element on a substrate having no heat resistance, such as glass, by the beam recrystallization method.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このようなビーム再結
晶化法においては、半導体薄膜の溶融時間が１００ｎｓ
程度の極めて短い時間であるため、瞬間的な結晶成長し
か起こらず、０．１μｍ程度の小粒径の半導体結晶しか
得られないという問題がある。大粒径の半導体結晶を得
るために、 （Ａ）光学系によってビーム強度を変化させる方法 （Ｂ）試料に入射するビーム強度を試料表面に設けた反
射防止膜や吸熱膜等によって変化させて温度分布を制御
する方法 （Ｃ）試料構造によって熱の逃げ方を変化させて温度分
布を制御する方法 などが試みられているが、現状では、大粒径の半導体結
晶が安定して得られていない。また、得られた半導体結
晶の粒径のばらつきが大きいという問題もある。以上の
理由のため、ビーム再結晶化法によって得られた半導体
結晶から、単結晶シリコン半導体基板から作製した半導
体装置と同等の特性を有する半導体素子を作製すること
は不可能である。In such a beam recrystallization method, the melting time of a semiconductor thin film is 100 ns.
Since the time is extremely short, there is a problem that only instantaneous crystal growth occurs and only a semiconductor crystal having a small grain size of about 0.1 μm can be obtained. In order to obtain a semiconductor crystal having a large grain size, (A) a method of changing a beam intensity by an optical system; Method of controlling distribution (C) A method of controlling the temperature distribution by changing the way of heat release depending on the sample structure has been attempted, but at present, large-diameter semiconductor crystals have not been stably obtained. . There is also a problem that the obtained semiconductor crystal has a large variation in particle diameter. For the above reasons, it is impossible to manufacture a semiconductor element having characteristics equivalent to those of a semiconductor device manufactured from a single crystal silicon semiconductor substrate from a semiconductor crystal obtained by a beam recrystallization method.
【０００４】従って、本発明の目的は、簡単な方法で、
何ら複雑な構造を基体あるいは半導体薄膜に形成するこ
となく、粒径が大きく粒径分布が制御された半導体結晶
を形成する方法及びかかる形成方法に基づいた半導体素
子を提供することにある。[0004] It is therefore an object of the present invention, in a simple manner,
An object of the present invention is to provide a method for forming a semiconductor crystal having a large particle size and a controlled particle size distribution without forming a complicated structure on a base or a semiconductor thin film, and a semiconductor element based on the formation method.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的は、（イ）基
体上に、基体と異なる材料から成り且つ縁部分を有する
半導体薄膜を形成する工程と、（ロ）縁部分を含む半導
体薄膜にエネルギーを短時間照射して、縁部分を含む半
導体薄膜を完全に溶融させた後、固化させて結晶化する
工程、から成ることを特徴とする本発明の半導体結晶の
形成方法の第１の態様によって達成することができる。The object of the present invention is to provide (a) a step of forming a semiconductor thin film made of a material different from that of the base and having an edge portion on the base, and (b) forming a semiconductor thin film including the edge portion. A step of irradiating energy for a short time to completely melt a semiconductor thin film including an edge portion, and then solidifying and crystallizing the semiconductor thin film. Can be achieved by:
【０００６】本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形
成方法においては、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであることが望ましい。In the method for forming a semiconductor crystal according to the first aspect of the present invention, the semiconductor thin film has a thickness of 3 nm to 10 nm.
μm is desirable.
【０００７】上記の目的は、更に、（イ）基体上に、基
体と異なる材料から成り且つ縁部分を有する半導体薄膜
を形成する工程と、（ロ）半導体薄膜上の一部に、エネ
ルギーを反射する反射膜を形成する工程と、（ハ）縁部
分を含む半導体薄膜にエネルギーを短時間照射して、反
射膜によって被覆された半導体薄膜の部分を完全には溶
融させず且つ縁部分を含み反射膜によって被覆されてい
ない半導体薄膜の部分を完全に溶融させた後、固化させ
て結晶化する工程、から成ることを特徴とする本発明の
半導体結晶の形成方法の第２の態様によって達成するこ
とができる。The above object is further achieved by (a) forming a semiconductor thin film made of a different material from the base and having an edge portion on the base, and (b) reflecting energy on a part of the semiconductor thin film. (C) irradiating energy to the semiconductor thin film including the edge portion for a short time so that the portion of the semiconductor thin film covered by the reflective film is not completely melted and is reflected including the edge portion. A step of completely melting, solidifying and crystallizing a portion of the semiconductor thin film which is not covered by the film, and achieving the second aspect of the method of forming a semiconductor crystal according to the present invention. Can be.
【０００８】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形
成方法においては、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであり、反射膜の最大寸法は１０ｎｍ乃至１０μｍ
であり、反射膜の融点は半導体薄膜の融点より高いこと
が望ましい。反射膜はエネルギーを出来る限り反射する
ことが望ましく、例えば、反射膜のエネルギー反射率は
３０％以上であることが望ましい。かかる反射膜とし
て、モリブデン膜やタングステン膜を例示することがで
きる。あるいは又、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであり、反射膜は、第１の薄膜、及びその上に形成
された第２の薄膜から構成されており、反射膜の最大寸
法は１０ｎｍ乃至１０μｍであり、第１の薄膜の融点は
半導体薄膜の融点より高いことが望ましい。第２の薄膜
はエネルギーを出来る限り反射することが望ましく、例
えば、第２の薄膜のエネルギー反射率は３０％以上であ
ることが望ましい。かかる第１の薄膜としてＳｉＯ2膜
を、また、第２の薄膜としてアルミニウム膜を例示する
ことができる。In the method for forming a semiconductor crystal according to the second aspect of the present invention, the thickness of the semiconductor thin film is 3 nm to 10 nm.
μm, and the maximum dimension of the reflective film is 10 nm to 10 μm.
It is desirable that the melting point of the reflective film is higher than the melting point of the semiconductor thin film. It is desirable that the reflective film reflects energy as much as possible. For example, it is desirable that the energy reflectivity of the reflective film be 30% or more. As such a reflection film, a molybdenum film or a tungsten film can be exemplified. Alternatively, the thickness of the semiconductor thin film is 3 nm to 10 nm.
μm, the reflective film is composed of a first thin film and a second thin film formed thereon, the maximum dimension of the reflective film is 10 nm to 10 μm, and the melting point of the first thin film is a semiconductor. Desirably, it is higher than the melting point of the thin film. The second thin film desirably reflects energy as much as possible. For example, the energy reflectivity of the second thin film is desirably 30% or more. An example of such a first thin film is an SiO 2 film, and an example of the second thin film is an aluminum film.
【０００９】反射膜の最大寸法とは、反射膜の平面形状
が正方形の場合、一辺の長さを意味し、反射膜の平面形
状が長方形の場合、長辺の長さを意味し、反射膜の平面
形状が円形の場合、直径を意味し、反射膜の平面形状が
楕円形の場合、長軸の長さを意味し、反射膜の平面形状
が任意の形状の場合、かかる形状に外接する仮想の円を
描いたときの直径を意味する。The maximum dimension of the reflective film means the length of one side when the planar shape of the reflective film is square, and the length of the long side when the planar shape of the reflective film is rectangular. When the plane shape of the circle is circular, it means the diameter, when the plane shape of the reflection film is elliptical, it means the length of the long axis, and when the plane shape of the reflection film is any shape, it circumscribes the shape It means the diameter when a virtual circle is drawn.
【００１０】基体として、ガラス、プラスチック等の耐
熱性の無い基板、あるいは、シリコン等の基板上に形成
されたＳｉＯ2膜、セラミック等を例示することができ
る。尚、「耐熱性が無い」とは、６００゜Ｃを越える半
導体素子の製造工程において、基体に反りや捻れが発生
することを意味する。半導体薄膜は、例えばポリシリコ
ンから成り、ＣＶＤ法で形成することができる。Examples of the substrate include a substrate having no heat resistance, such as glass and plastic, or a SiO 2 film, ceramic, or the like formed on a substrate such as silicon. Here, "having no heat resistance" means that the substrate is warped or twisted in the process of manufacturing a semiconductor element exceeding 600 ° C. The semiconductor thin film is made of, for example, polysilicon and can be formed by a CVD method.
【００１１】照射するエネルギーのエネルギー源とし
て、レーザや電子ビームを用いることができる。半導体
薄膜を完全に溶融させるとは、半導体薄膜の少なくとも
縁部分が溶融してビードアップ現象が生じるように半導
体薄膜を溶融させることを意味する。本発明の第１の態
様に係る半導体結晶の形成方法においては、必ずしも全
領域の半導体薄膜を溶融させる必要はない。照射時間は
１秒以下が好ましい。A laser or an electron beam can be used as an energy source of the irradiation energy. To completely melt the semiconductor thin film means to melt the semiconductor thin film so that at least an edge portion of the semiconductor thin film is melted and a bead-up phenomenon occurs. In the method of forming a semiconductor crystal according to the first aspect of the present invention, it is not always necessary to melt the semiconductor thin film in all regions. The irradiation time is preferably 1 second or less.
【００１２】上記の目的は、各種の形態を含む上述の本
発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る半導体結晶
の形成方法によって形成された半導体結晶から作製され
た半導体素子であって、この半導体素子を構成する結晶
中に結晶粒界が存在しないことを特徴とする、本発明の
第１の態様による半導体素子により達成される。このよ
うな半導体素子を作製するためには、形成された半導体
結晶の一部をエッチング等によって除去すればよい。The object of the present invention is to provide a semiconductor device manufactured from a semiconductor crystal formed by the method for forming a semiconductor crystal according to the first or second aspect of the present invention including various modes , This is achieved by the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, wherein no crystal grain boundary exists in the crystal constituting the semiconductor device. In order to manufacture such a semiconductor element, a part of the formed semiconductor crystal may be removed by etching or the like.
【００１３】更に、上記の目的は、各種の形態を含む上
述の本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る半導
体結晶の形成方法によって形成された半導体結晶から作
製された半導体素子であって、この半導体素子を構成す
る結晶の粒径が０．２μｍ以上１０μｍ以下であること
を特徴とする、本発明の第２の態様による半導体素子に
より達成される。ここで、結晶の粒径とは、結晶に外接
する仮想の円を描いたときの円の直径を指す。このよう
な半導体素子を作製するためには、形成すべき半導体薄
膜の形状や厚さ、エネルギーの照射条件等を、適宜選定
すればよい。Further, the above object is attained by the method of forming a semiconductor crystal according to the first or second aspect of the present invention including various forms. Achieved by the semiconductor element according to the second aspect of the present invention, wherein the semiconductor element is made from the semiconductor crystal obtained, wherein the crystal constituting the semiconductor element has a grain size of 0.2 μm or more and 10 μm or less. Is done. Here, the grain size of a crystal refers to the diameter of a virtual circle circumscribing the crystal. In order to manufacture such a semiconductor element, the shape and thickness of a semiconductor thin film to be formed, energy irradiation conditions, and the like may be appropriately selected.
【００１４】本発明の第１及び第２の態様に係る半導体
素子として、例えば、薄膜トランジスタ、バイポーラト
ランジスタ、ＭＯＳ型ＦＥＴ、太陽電池等を例示するこ
とができる。As the semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, for example, a thin film transistor, a bipolar transistor, a MOS type FET, a solar cell and the like can be exemplified.
【００１５】[0015]
【作用】本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形成方
法においては、縁部分を含む半導体薄膜にエネルギーを
短時間照射して、縁部分を含む半導体薄膜を完全に溶融
させた後、固化させる。基体と半導体薄膜の材質が異な
っているので、縁部分を含む半導体薄膜を完全に溶融さ
せることによって、基体に対する半導体薄膜の濡れ性の
関係から、縁部分に沿った方向と概ね直角の方向（以
下、単に「縁部分に直角の方向」という。また縁部分に
概ね沿った方向を、以下、単に「縁部分と平行な方向」
という）に、半導体薄膜にはビードアップ現象が生じ
る。これによって、大粒径を有する半導体結晶を形成す
ることができる。In the method of forming a semiconductor crystal according to the first aspect of the present invention, the semiconductor thin film including the edge portion is irradiated with energy for a short time to completely melt the semiconductor thin film including the edge portion and then solidify the semiconductor thin film including the edge portion. Let it. Since the base and the semiconductor thin film are made of different materials, by completely melting the semiconductor thin film including the edge portion, the direction substantially perpendicular to the direction along the edge portion (hereinafter, referred to as the direction below) due to the wettability of the semiconductor thin film to the base. , Simply referred to as “direction perpendicular to the edge.” The direction generally along the edge is hereinafter simply referred to as “direction parallel to the edge.”
In addition, a bead-up phenomenon occurs in the semiconductor thin film. Thus, a semiconductor crystal having a large grain size can be formed.
【００１６】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形
成方法においては、縁部分を含む半導体薄膜にエネルギ
ーを短時間照射して、反射膜によって被覆された半導体
薄膜の部分を完全には溶融させず且つ縁部分を含み反射
膜によって被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に
溶融させた後、固化させて結晶化させる。基体と半導体
薄膜の材質が異なっているので、半導体薄膜の縁部分を
含み反射膜によって被覆されていない部分を完全に溶融
させることによって、基体に対する半導体薄膜の濡れ性
の関係から、縁部分に直角の方向に、半導体薄膜にはビ
ードアップ現象が生じる。In the method of forming a semiconductor crystal according to the second aspect of the present invention, the semiconductor thin film including the edge portion is irradiated with energy for a short time to completely melt the portion of the semiconductor thin film covered by the reflective film. The portion of the semiconductor thin film that is not covered and that is not covered with the reflective film, including the edge portion, is completely melted, and then solidified and crystallized. Since the base and the semiconductor thin film are made of different materials, the portion including the edge portion of the semiconductor thin film and not covered with the reflective film is completely melted. , A bead-up phenomenon occurs in the semiconductor thin film.
【００１７】しかも、反射膜で被覆された半導体薄膜の
部分は完全には溶融されない。更に、半導体薄膜の縁部
分と平行な方向において、半導体薄膜には温度変化が生
じる。即ち、反射膜で被覆された半導体薄膜の部分の温
度は、反射膜で被覆されていない半導体薄膜の部分の温
度よりも低い。それ故、反射膜で被覆された半導体薄膜
の部分が結晶核の発生部分となる。その結果、結晶核の
発生位置を正確に制御することが可能になる。しかも、
縁方向に直角の方向及び縁部分と平行な方向における結
晶成長を制御することができる。これによって、大粒径
を有し、しかも粒径分布の揃った半導体結晶膜を形成す
ることができる。Moreover, the portion of the semiconductor thin film covered with the reflection film is not completely melted. Further, a temperature change occurs in the semiconductor thin film in a direction parallel to the edge portion of the semiconductor thin film. That is, the temperature of the portion of the semiconductor thin film covered with the reflective film is lower than the temperature of the portion of the semiconductor thin film not covered with the reflective film. Therefore, the portion of the semiconductor thin film covered with the reflective film becomes a portion where crystal nuclei are generated. As a result, it is possible to accurately control the position where the crystal nucleus is generated. Moreover,
Crystal growth in a direction perpendicular to the edge direction and in a direction parallel to the edge portion can be controlled. Thus, a semiconductor crystal film having a large grain size and having a uniform grain size distribution can be formed.
【００１８】本発明の第１の態様に係る半導体素子にお
いては、半導体素子を構成する結晶中に結晶粒界が存在
しないので、半導体装置は優れた特性を有することがで
きる。また、本発明の第２の態様に係る半導体素子にお
いては、半導体素子を構成する結晶の粒径が大きいの
で、単結晶シリコン基板から作製された半導体素子と同
様の特性を有することができる。In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, since no crystal grain boundary exists in the crystal constituting the semiconductor device, the semiconductor device can have excellent characteristics. Further, in the semiconductor element according to the second embodiment of the present invention, since the crystal constituting the semiconductor element has a large grain size, the semiconductor element can have characteristics similar to those of a semiconductor element manufactured from a single crystal silicon substrate.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき、先
ず、本発明の半導体結晶の形成方法を説明し、次いで、
半導体素子について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the drawings, a method for forming a semiconductor crystal according to the present invention will first be described based on embodiments .
The semiconductor element will be described.
【００２０】（実施例１） 実施例１は、本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形
成方法に関する。先ず、ガラスから成る基体１０の上に
厚さ１００ｎｍのポリシリコン膜から成る半導体薄膜１
２を通常のＣＶＤ法で形成した。ＴＥＭ観察を行ったと
ころ、半導体薄膜１２の粒径は約３０ｎｍであった。次
に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法によ
って、図１の（Ａ）に縁部分に直角の方向の模式的な断
面図を示すように、半導体薄膜１２を平面形状が幅１０
μｍ×長さ４０μｍの複数の矩形形状に形成した。図１
の（Ａ）において、参照番号１４は半導体薄膜の縁部分
である。実施例１においては、矩形形状の半導体薄膜の
長手方向の辺の近傍が縁部分１４に相当する。Example 1 Example 1 relates to a method for forming a semiconductor crystal according to the first aspect of the present invention. First, a semiconductor thin film 1 made of a polysilicon film having a thickness of 100 nm is formed on a substrate 10 made of glass.
2 was formed by a normal CVD method. As a result of TEM observation, the particle size of the semiconductor thin film 12 was about 30 nm. Next, by a photolithography method and a dry etching method, as shown in a schematic cross-sectional view in a direction perpendicular to the edge portion in FIG.
It was formed into a plurality of rectangular shapes of μm × 40 μm in length. FIG.
In (A), reference numeral 14 denotes an edge portion of the semiconductor thin film. In the first embodiment, the vicinity of the side in the longitudinal direction of the rectangular semiconductor thin film corresponds to the edge portion 14.
【００２１】次に、エネルギー源としてＸｅＣｌエキシ
マレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｍ）を使用
して、常温真空中で縁部分１４を含む矩形形状の半導体
薄膜１２の全体にレーザを照射した。照射エネルギーを
３５０ｍＪ／ｃｍ2とした。レーザの照射によって、半
導体薄膜１２は完全に溶融した。レーザの照射を中止す
ることによって、半導体薄膜１２は固化し、半導体結晶
が得られた。Next, using a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm, pulse width: 30 nm) as an energy source, the entire rectangular semiconductor thin film 12 including the edge portion 14 was irradiated with laser in a vacuum at room temperature. The irradiation energy was 350 mJ / cm 2 . The semiconductor thin film 12 was completely melted by the laser irradiation. By stopping the laser irradiation, the semiconductor thin film 12 was solidified, and a semiconductor crystal was obtained.
【００２２】図１の（Ｂ）に縁部分に直角の方向の模式
的な断面図を示すように、半導体結晶２０の断面形状
は、半導体薄膜１２の断面形状から変化していた。ま
た、半導体薄膜１２と半導体結晶２０の平面図を図１の
（Ｃ）に示す。尚、この図において、半導体薄膜１２を
点線で、半導体結晶２０を実線で示した。半導体結晶２
０の断面形状は、幅が約３μｍとなり、半導体薄膜１２
の幅（１０μｍ）よりも狭くなっていた。また、厚さは
最大２７０ｎｍとなり、半導体薄膜１２の厚さ（１００
ｎｍ）よりも厚くなっていた。この半導体結晶２０をＳ
ＥＭ観察したところ、図１の（Ｄ）に模式的な一部拡大
平面図を示すように、約１．５μｍ×０．５μｍの大き
な粒径を有するシリコン結晶粒２０Ａ，２０Ｂのドメイ
ンが規則的に２列並んで形成されていた。また、エレク
トロンチャンネリングイメージ分析により、これらのシ
リコン結晶粒は単結晶であることが確認された。As shown in FIG. 1B, which is a schematic sectional view in a direction perpendicular to the edge portion, the sectional shape of the semiconductor crystal 20 has changed from the sectional shape of the semiconductor thin film 12. A plan view of the semiconductor thin film 12 and the semiconductor crystal 20 is shown in FIG. In this figure, the semiconductor thin film 12 is indicated by a dotted line, and the semiconductor crystal 20 is indicated by a solid line. Semiconductor crystal 2
0 has a width of about 3 μm, and the semiconductor thin film 12 has a width of about 3 μm.
(10 μm). The thickness is 270 nm at the maximum, and the thickness of the semiconductor thin film 12 (100
nm). This semiconductor crystal 20 is
As a result of EM observation, as shown in a schematic partial enlarged plan view of FIG. 1D, the domains of silicon crystal grains 20A and 20B having a large grain size of about 1.5 μm × 0.5 μm are regularly arranged. In two rows. Electron channeling image analysis confirmed that these silicon crystal grains were single crystals.
【００２３】このように大きな半導体結晶が形成される
理由を、以下、図２を参照して説明する。The reason why such a large semiconductor crystal is formed will be described below with reference to FIG.
【００２４】溶融前の半導体薄膜１２の断面を図２の
（Ａ）に点線で示す。縁部分１４を含む半導体薄膜１２
を完全に溶融させ始めると、図２の（Ａ）に実線で示す
ように、半導体薄膜１２と基体１０とは異なる材質であ
るが故に、基体１０に対する半導体薄膜１２の濡れ性の
関係によって、縁部分に直角な方向に、半導体薄膜の縁
部分１４からビードアップ現象が生じる。A cross section of the semiconductor thin film 12 before melting is shown by a dotted line in FIG. Semiconductor thin film 12 including edge portion 14
When the semiconductor thin film 12 is completely melted, as shown by a solid line in FIG. 2A, since the semiconductor thin film 12 and the substrate 10 are made of different materials, the edge of the semiconductor thin film 12 depends on the wettability of the semiconductor thin film 12 with respect to the substrate 10. A bead-up phenomenon occurs from the edge portion 14 of the semiconductor thin film in a direction perpendicular to the portion.
【００２５】縁部分１４から始まったビードアップ現象
が半導体薄膜１２全体に及ぶと、図２の（Ｂ）に示すよ
うに、半導体薄膜１２と基体１０の接触面積が小さくな
り、半導体薄膜１２から基体１０への熱拡散が減少す
る。その結果、半導体薄膜の縁領域１４Ａの溶融時間が
長くなる。ビードアップ現象は半導体薄膜１２の縁部分
１４から生じるので、縁領域１４Ａの厚さが厚くなり、
縁領域１４Ａに熱溜りができる。これに対して、半導体
薄膜１２の中央部分１６は縁部分１４よりもビードアッ
プ現象が起こり難く、中央部分１６の厚さは縁領域１４
Ａの厚さに比べて薄い状態に留まるので、基体１０への
熱拡散によって中央部分１６は、縁領域１４Ａよりも早
く冷却・固化される。この結果、中央部分１６の温度が
低く縁領域１４Ａの温度が高い、横方向（縁部分に直角
の方向）の温度勾配が生じ、中央部分１６から縁領域１
４Ａに向かって規則的な結晶成長が起こり、大粒径の結
晶が形成される。When the bead-up phenomenon starting from the edge portion 14 extends over the entire semiconductor thin film 12, the contact area between the semiconductor thin film 12 and the base 10 is reduced as shown in FIG. The heat diffusion to 10 is reduced. As a result, the melting time of the edge region 14A of the semiconductor thin film becomes longer. Since the bead-up phenomenon occurs from the edge portion 14 of the semiconductor thin film 12, the thickness of the edge region 14A increases,
Heat pools are formed in the edge region 14A. On the other hand, the bead-up phenomenon is less likely to occur in the central portion 16 of the semiconductor thin film 12 than in the edge portion 14, and the thickness of the central portion 16 is smaller than the edge region 14.
The central portion 16 is cooled and solidified earlier than the edge region 14A due to the thermal diffusion to the base body 10 because it remains thinner than the thickness of A. As a result, a temperature gradient in the lateral direction (a direction perpendicular to the edge portion) occurs where the temperature of the central portion 16 is low and the temperature of the edge region 14A is high, and
Regular crystal growth occurs toward 4A, and crystals having a large grain size are formed.
【００２６】例えば、シードなしのＳＯＩ結晶成長技術
においては、基体１００上に形成された絶縁膜１１０上
に堆積させたポリシリコン膜１１２を適当な大きさの島
状構造に加工し（図１０の（Ａ）参照）、この島状の領
域にレーザ等を照射して単結晶化する（図１０の（Ｂ）
参照）。このような技術においては、島状に加工された
ポリシリコン膜１１２の大きさ（例えば、図１０に示す
幅Ｌ1）と、単結晶化された島状の領域１２０の大きさ
（例えば、図１０に示す幅Ｌ2）は、実質的には同じで
ある。レーザの照射によって半導体薄膜に与えられるエ
ネルギーは、半導体薄膜の表面が溶融する程度のエネル
ギーである。For example, in a seedless SOI crystal growth technique, a polysilicon film 112 deposited on an insulating film 110 formed on a substrate 100 is processed into an island-shaped structure of an appropriate size (see FIG. 10). (See FIG. 10A), and the island-shaped region is irradiated with a laser or the like to form a single crystal (FIG. 10B)
reference). In such a technique, the size (for example, the width L 1 shown in FIG. 10) of the polysilicon film 112 processed into an island shape and the size (for example, FIG. The width L 2 ) shown at 10 is substantially the same. The energy given to the semiconductor thin film by the laser irradiation is such that the surface of the semiconductor thin film is melted.
【００２７】このように、従来の技術においては、ポリ
シリコン膜を完全に溶融することはない。島状に加工さ
れたポリシリコン膜１１２の大きさを殆ど変化させるこ
となく、ポリシリコン膜１１２の大きさを保持したまま
結晶化する。半導体薄膜を完全に溶融し、半導体薄膜の
縁部分でビードアップ現象を生じさせることによって半
導体結晶を形成させる本発明の技術は、これまで知られ
ていない。As described above, the conventional technique does not completely melt the polysilicon film. The polysilicon film 112 is crystallized while maintaining the size of the polysilicon film 112 without substantially changing the size of the polysilicon film 112 processed into an island shape. The technique of the present invention for forming a semiconductor crystal by completely melting a semiconductor thin film and causing a bead-up phenomenon at an edge portion of the semiconductor thin film has not been known so far.
【００２８】（実施例２）実施例２は、本発明の第２の
態様に係る半導体結晶の形成方法に関する。先ず、ガラ
スから成る基体１０の上に厚さ１００ｎｍのポリシリコ
ン膜から成る半導体薄膜１２を通常のＣＶＤ法で形成し
た。次に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング
法によって、半導体薄膜１２の平面形状を矩形形状に形
成した。実施例２においては、矩形形状の半導体薄膜１
２の長手方向の辺の近傍が縁部分に相当する。Example 2 Example 2 relates to a method for forming a semiconductor crystal according to the second aspect of the present invention. First, a semiconductor thin film 12 made of a polysilicon film having a thickness of 100 nm was formed on a substrate 10 made of glass by a normal CVD method. Next, the planar shape of the semiconductor thin film 12 was formed into a rectangular shape by photolithography and dry etching. In the second embodiment, a rectangular semiconductor thin film 1 is used.
The vicinity of the side in the longitudinal direction of No. 2 corresponds to an edge portion.
【００２９】次に、モリブデンあるいはタングステン等
の耐熱性に優れしかも光を良く反射する材料をＣＶＤ法
で半導体薄膜１２上に堆積させた後、フォトリソグラフ
ィ法及びドライエッチング法によって、反射膜１８を形
成する。反射膜１８の平面形状を概ね正方形とした。こ
の状態を、図３の（Ａ）に模式的な平面図で示す。図３
の（Ａ）において、参照番号１４は半導体薄膜の縁部分
である。また、線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面
図（縁部分に直角な方向の断面図）を図３の（Ｂ）に示
す。Next, after a material having excellent heat resistance and reflecting light well, such as molybdenum or tungsten, is deposited on the semiconductor thin film 12 by a CVD method, a reflection film 18 is formed by a photolithography method and a dry etching method. I do. The planar shape of the reflection film 18 was substantially square. This state is shown in a schematic plan view in FIG. FIG.
In (A), reference numeral 14 denotes an edge portion of the semiconductor thin film. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view (a cross-sectional view in a direction perpendicular to the edge portion) along the line III-III.
【００３０】反射膜１８は、矩形形状の半導体薄膜１２
の長手方向の中心線に沿って、一定の間隔で複数設ける
ことが望ましい。また、図３の（Ａ）に示す反射膜の最
大寸法Ｌは、１０ｎｍ乃至１０μｍであることが好まし
い。反射膜１８の融点は半導体薄膜の融点より高いこと
が望ましく、また、反射膜１８は多くのエネルギーを反
射することが好ましい。モリブデン及びタングステンの
融点は２６１０゜Ｃ及び３３８７゜Ｃである。尚、半導
体薄膜１２をポリシリコンから形成した場合、半導体薄
膜の融点は１４１２゜Ｃである。The reflection film 18 is made of the rectangular semiconductor thin film 12.
It is desirable to provide a plurality at regular intervals along the center line in the longitudinal direction. The maximum dimension L of the reflection film shown in FIG. 3A is preferably 10 nm to 10 μm. The melting point of the reflective film 18 is desirably higher than the melting point of the semiconductor thin film, and the reflective film 18 preferably reflects a large amount of energy. The melting points of molybdenum and tungsten are 2610 ° C and 3387 ° C. When the semiconductor thin film 12 is formed from polysilicon, the melting point of the semiconductor thin film is 1412 ° C.
【００３１】次に、エネルギー源としてＸｅＣｌエキシ
マレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｍ）を使用
して、常温真空中で縁部分１４及び反射膜１８を含む矩
形形状の半導体薄膜１２の全体にレーザを照射した。レ
ーザの照射によって、縁部分１４を含み反射膜１８で被
覆されていない半導体薄膜１２の部分は完全に溶融し
た。また、反射膜１８で被覆された半導体薄膜１２の部
分は完全には溶融しなかった。レーザの照射を中止する
ことによって、半導体薄膜１２は固化し、半導体結晶が
得られた。Next, using a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 30 nm) as an energy source, the entire rectangular semiconductor thin film 12 including the edge portion 14 and the reflection film 18 is irradiated with the laser in a vacuum at room temperature. did. By the laser irradiation, the portion of the semiconductor thin film 12 including the edge portion 14 and not covered with the reflective film 18 was completely melted. Further, the portion of the semiconductor thin film 12 covered with the reflection film 18 was not completely melted. By stopping the laser irradiation, the semiconductor thin film 12 was solidified, and a semiconductor crystal was obtained.
【００３２】このように大きな半導体結晶が形成される
理由を、以下、図４を参照して説明する。溶融前の半導
体薄膜１２の縁部分に直角の方向の断面図を図４の
（Ａ）に、また、一部平面図を図４の（Ｂ）に示す。
尚、参照番号１８は反射膜である。縁部分１４を含み反
射膜１８で被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に
溶融させ始めると、図４の（Ｃ）に断面図をそして図４
の（Ｄ）に一部平面図を示すように、半導体薄膜１２と
基体１０とは異なる材質であるが故に、基体１０に対す
る半導体薄膜１２の濡れ性の関係によって、縁部分に直
角な方向に、半導体薄膜の縁部分１４からビードアップ
現象が生じる。The reason why such a large semiconductor crystal is formed will be described below with reference to FIG. FIG. 4A is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the edge portion of the semiconductor thin film 12 before melting, and FIG. 4B is a partial plan view.
Reference numeral 18 is a reflection film. When the portion of the semiconductor thin film that includes the edge portion 14 and is not covered with the reflective film 18 starts to be completely melted, a sectional view is shown in FIG.
(D), as shown in a partial plan view, since the semiconductor thin film 12 and the base 10 are made of different materials, the wettability of the semiconductor thin film 12 with respect to the base 10 causes A bead-up phenomenon occurs from the edge portion 14 of the semiconductor thin film.
【００３３】縁部分１４から始まったビードアップ現象
が半導体薄膜１２全体に及ぶと、図４の（Ｃ）及び
（Ｄ）に示すように、半導体薄膜１２と基体１０の接触
面積が小さくなり、半導体薄膜１２から基体１０への熱
拡散が減少する。その結果、半導体薄膜の縁領域１４Ａ
の溶融時間が長くなる。ビードアップ現象は半導体薄膜
１２の縁部分１４から生じるので、縁領域１４Ａの厚さ
が厚くなり、縁領域１４Ａに熱溜りができる。これに対
して、半導体薄膜１２の中央部分１６は縁部分１４より
もビードアップ現象が起こり難く、中央部分１６の厚さ
は縁領域１４Ａの厚さに比べて薄い状態に留まる。When the bead-up phenomenon starting from the edge portion 14 extends to the entire semiconductor thin film 12, the contact area between the semiconductor thin film 12 and the base 10 becomes small as shown in FIGS. Thermal diffusion from the thin film 12 to the substrate 10 is reduced. As a result, the edge region 14A of the semiconductor thin film
Melting time becomes longer. Since the bead-up phenomenon occurs from the edge portion 14 of the semiconductor thin film 12, the thickness of the edge region 14A increases, and heat pools are formed in the edge region 14A. On the other hand, the bead-up phenomenon is less likely to occur in the central portion 16 of the semiconductor thin film 12 than in the edge portion 14, and the thickness of the central portion 16 remains thinner than the thickness of the edge region 14A.
【００３４】しかも、例えば半導体薄膜の中央部分１６
の一部分を反射膜１８で被覆しておけば、反射膜１８に
よってレーザビームが反射されるので、反射膜１８によ
って被覆されていない半導体薄膜の部分よりも中央部分
１６の温度上昇は低く、完全には溶融されない。従っ
て、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分は、結晶核
の発生部位となる。In addition, for example, the central portion 16 of the semiconductor thin film
Is partially covered with the reflective film 18, the laser beam is reflected by the reflective film 18. Therefore, the temperature rise of the central portion 16 is lower than that of the semiconductor thin film not covered by the reflective film 18, and the laser beam is completely reflected. Is not melted. Therefore, the portion of the semiconductor thin film covered with the reflective film 18 becomes a site where crystal nuclei are generated.
【００３５】更に、基体１０への熱拡散によって中央部
分１６、特に反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分
は、縁領域１４Ａよりも早く冷却・固化される。この結
果、反射膜１８で被覆された半導体薄膜の部分の温度が
低く縁領域１４Ａの温度が高い、横方向（縁部分に直角
の方向）の温度勾配が生じ、反射膜１８で被覆され半導
体薄膜の部分から縁領域１４Ａに向かって規則的な結晶
成長が起こり、大粒径の結晶が形成される。この状態
を、図４の（Ｅ）に半導体薄膜の縁部分に直角な方向の
模式的な断面図で示す。また、図４の（Ｆ）に一部平面
図で示す。尚、図４の（Ｅ）及び（Ｆ）において、結晶
粒界を模式的に破線にて示した。Further, the central portion 16, particularly the portion of the semiconductor thin film covered with the reflective film 18, is cooled and solidified faster than the edge region 14A by the thermal diffusion to the base 10. As a result, a temperature gradient in the lateral direction (a direction perpendicular to the edge portion) occurs where the temperature of the portion of the semiconductor thin film covered with the reflective film 18 is low and the temperature of the edge region 14A is high, and the semiconductor thin film covered with the reflective film 18 is formed. From the portion toward the edge region 14A, a crystal having a large grain size is formed. This state is shown in FIG. 4E by a schematic cross-sectional view in a direction perpendicular to the edge of the semiconductor thin film. FIG. 4F is a partial plan view. Note that, in (E) and (F) of FIG. 4, the crystal grain boundaries are schematically indicated by broken lines.
【００３６】しかも、半導体薄膜１２の長手方向（縁部
分と平行な方向）にも、図４の（Ｇ）に示すような周期
的な温度分布が生じる。かかる温度分布の谷の部分は、
反射膜１８で被覆された半導体薄膜の部分に相当する。
従って、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分から、
縁部分と平行な方向にも規則的な結晶成長が起こる。即
ち、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分が結晶核と
なって、半導体薄膜の短辺方向（縁部分に直角の方向）
だけでなく長手方向（縁部分と平行な方向）にも制御さ
れた状態で結晶成長が生じるので、結晶の粒径分布を一
定にすることができる。Moreover, a periodic temperature distribution as shown in FIG. 4G also occurs in the longitudinal direction of the semiconductor thin film 12 (direction parallel to the edge portion). The valley part of this temperature distribution is
It corresponds to a portion of the semiconductor thin film covered with the reflection film 18.
Therefore, from the portion of the semiconductor thin film covered with the reflection film 18,
Regular crystal growth also occurs in the direction parallel to the edge. That is, the portion of the semiconductor thin film covered with the reflective film 18 becomes a crystal nucleus, and is in the short side direction (direction perpendicular to the edge portion) of the semiconductor thin film.
In addition, since crystal growth occurs in a controlled state in the longitudinal direction (a direction parallel to the edge portion), the crystal grain size distribution can be made constant.
【００３７】図５に２層構成の反射膜１８の断面図を示
す。図５中、参照番号１８Ａは、例えばＳｉＯ2から成
る第１の薄膜であり、参照番号１８Ｂは、その上に形成
された例えばアルミニウムから成る第２の薄膜である。
第２の薄膜１８Ｂは多くのエネルギーを反射することが
望ましい。また、第１の薄膜１８Ａの融点は半導体薄膜
の融点より高いことが望ましい。第１の薄膜１８ＡをＳ
ｉＯ2から構成した場合、その融点は１６００゜Ｃであ
る。このように反射膜を２層構成にすることにより、半
導体薄膜が加熱されたとき、反射膜からの不純物の半導
体薄膜への混入を第１の薄膜１８Ａによって抑制するこ
とができる。FIG. 5 is a sectional view of the reflection film 18 having a two-layer structure. In FIG. 5, reference numeral 18A is a first thin film made of, for example, SiO 2 , and reference numeral 18B is a second thin film made of, for example, aluminum formed thereon.
It is desirable that the second thin film 18B reflects a large amount of energy. It is desirable that the melting point of the first thin film 18A is higher than the melting point of the semiconductor thin film. The first thin film 18A is
When composed of iO 2 , its melting point is 1600 ° C. By thus forming the reflective film in a two-layer structure, when the semiconductor thin film is heated, the first thin film 18A can prevent impurities from the reflective film from being mixed into the semiconductor thin film.
【００３８】次に、本発明の半導体結晶の形成方法に基
づいた半導体素子及びその作製方法について、説明す
る。Next, a semiconductor device based on the method for forming a semiconductor crystal of the present invention and a method for manufacturing the same will be described.
【００３９】（実施例３） 実施例３においては、半導体素子は薄膜トランジスタで
あり、基体１０はガラスから成る。図６の（Ａ）に断面
図を示した半導体結晶２０を、上記の本発明の半導体結
晶形成方法で形成する。尚、半導体薄膜として、ｐ型不
純物を含有したポリシリコンを使用した。この半導体結
晶２０は結晶粒が２列規則的に並んでいる。２つの結晶
粒２０Ａ，２０Ｂの間には粒界２２が存在する。必要に
応じて反射膜１８を除去した後、このような半導体結晶
２０の結晶粒の列の一方、例えば結晶粒２０Ｂを含む方
を通常の方法でエッチングして除去し、他方の結晶粒の
列、例えば結晶粒２０Ａを含む方を残す（図６の（Ｂ）
参照）。これによって、半導体素子を作製すべき個々の
結晶には粒界が含まれなくなり、作製される半導体素子
が高性能を発揮することができるようになる。Example 3 In Example 3, the semiconductor element is a thin film transistor, and the base 10 is made of glass. The semiconductor crystal 20 whose sectional view is shown in FIG. 6A is formed by the above-described semiconductor crystal forming method of the present invention. Here, polysilicon containing a p-type impurity was used as the semiconductor thin film. The semiconductor crystal 20 has crystal grains arranged in two rows regularly. Two crystals
A grain boundary 22 exists between the grains 20A and 20B. After removing the reflective film 18 as necessary, one of the rows of the crystal grains of the semiconductor crystal 20, for example, the one containing the crystal grains 20 </ b> B is removed by etching in the usual manner, and the other row of the crystal grains is removed. For example, the one containing the crystal grains 20A is left (FIG. 6B)
reference). As a result, the individual crystals for which the semiconductor element is to be manufactured do not include a grain boundary, and the semiconductor element to be manufactured can exhibit high performance.
【００４０】次に、従来の方法に基づき、半導体結晶粒
２０Ａ上に酸化膜２４及びポリシリコン２６等から成る
ゲート電極領域２８を形成する（図６の（Ｃ）参照）。
次いで、イオン注入を施し、ｎ型のソース・ドレイン領
域３０を形成した後、ソース・ドレイン領域３０に電極
部３２を形成する（図６の（Ｄ）参照）。Next, a gate electrode region 28 made of an oxide film 24, polysilicon 26, and the like is formed on the semiconductor crystal grains 20A based on a conventional method (see FIG. 6C).
Next, after ion implantation is performed to form an n-type source / drain region 30, an electrode portion 32 is formed in the source / drain region 30 (see FIG. 6D).
【００４１】こうして、半導体素子を構成する結晶中に
は結晶粒界が存在しない半導体素子、具体的には薄膜ト
ランジスタを作製できる。また、この半導体素子は、半
導体素子を構成する結晶の粒径が０．２μｍ以上１０μ
ｍ以下、具体的には、結晶の粒径が１．５μｍである。
尚、ｎ型不純物を含有する半導体薄膜を使用して、ｐ型
のソース・ドレイン領域を形成することもできる。In this manner, a semiconductor element having no crystal grain boundary in the crystal constituting the semiconductor element, specifically, a thin film transistor can be manufactured. Further, in this semiconductor element, the crystal constituting the semiconductor element has a grain size of 0.2 μm to 10 μm.
m or less, specifically, the crystal grain size is 1.5 μm.
Note that a p-type source / drain region can be formed using a semiconductor thin film containing an n-type impurity.
【００４２】（実施例４）実施例４においては、半導体
素子は太陽電池であり、基体１０はガラスから成る。図
７の（Ａ）に断面図を示した半導体結晶２０を、上記の
本発明の半導体結晶形成方法で形成する。尚、半導体薄
膜として、ｎ型不純物を含有したポリシリコンを使用し
た。この半導体結晶２０は２列の結晶粒が規則的に並ん
でいる。結晶粒２０Ａ，２０Ｂの間には粒界２２が存在
する。Example 4 In Example 4, the semiconductor element is a solar cell, and the base 10 is made of glass. The semiconductor crystal 20 whose sectional view is shown in FIG. 7A is formed by the above-described semiconductor crystal forming method of the present invention. Here, polysilicon containing n-type impurities was used as the semiconductor thin film. In the semiconductor crystal 20, two rows of crystal grains are regularly arranged. A grain boundary 22 exists between the crystal grains 20A and 20B.
【００４３】必要に応じて反射膜１８を除去した後、従
来の方法に基づき、半導体結晶の一方の列、例えば結晶
粒２０Ａを含む方にマスク４０を施し、半導体結晶の他
方の列、例えば結晶粒２０Ｂを含む方にｐ型イオンをイ
オン注入して、ｐｎ接合を形成する（図７の（Ｂ）参
照）。次いで、マスク４０を除去して、結晶粒のそれぞ
れに電極部３２を形成する（図７の（Ｃ）参照）。After removing the reflective film 18 if necessary, one row of the semiconductor crystal, for example, a crystal , is formed according to a conventional method.
The mask 40 is provided on the side including the grain 20A, and p-type ions are implanted into the other row of the semiconductor crystal, for example, on the side including the crystal grain 20B, to form a pn junction (see FIG. 7B). Next, the mask 40 is removed, and an electrode portion 32 is formed for each of the crystal grains (see FIG. 7C).
【００４４】こうして、半導体素子を構成する結晶の粒
径が０．２μｍ以上１０μｍ以下、具体的には、結晶の
粒径が１．５μｍの半導体素子、具体的には太陽電池を
作製できる。尚、ｐ型不純物を含有する半導体薄膜を使
用して、ｎ型のイオンをイオン注入することによって、
ｐｎ接合を形成することもできる。また、一方の結晶粒
の列をエッチング等により除去し、１つの結晶粒にｐｎ
接合を形成することもできる。こうすれば、半導体素子
を構成する結晶中には結晶粒界が存在しない半導体素
子、具体的には太陽電池を作製できる。Thus, a semiconductor element having a crystal grain size of 0.2 μm or more and 10 μm or less, more specifically, a semiconductor element having a crystal grain size of 1.5 μm, specifically, a solar cell can be manufactured. By using a semiconductor thin film containing a p-type impurity and implanting n-type ions,
A pn junction can also be formed. Further, one crystal grain row is removed by etching or the like, and pn is added to one crystal grain.
Bonds can also be formed. In this case, a semiconductor element having no crystal grain boundary in the crystal constituting the semiconductor element, specifically, a solar cell can be manufactured.
【００４５】（実施例５）実施例５においては、半導体
素子はバイポーラトランジスタであり、基体１０はガラ
スから成る。図８の（Ａ）に断面図を示した半導体結晶
２０を、上記の本発明の半導体結晶形成方法で形成す
る。尚、半導体薄膜として、ｎ型不純物を含有したポリ
シリコンを使用した。この半導体結晶２０は２列の結晶
粒の列が規則的に並んでいる。結晶粒２０Ａ，２０Ｂの
間には粒界２２が存在する。(Embodiment 5) In Embodiment 5, the semiconductor element is a bipolar transistor, and the base 10 is made of glass. The semiconductor crystal 20 whose sectional view is shown in FIG. 8A is formed by the above-described semiconductor crystal forming method of the present invention. Here, polysilicon containing n-type impurities was used as the semiconductor thin film. In this semiconductor crystal 20, two rows of crystal grains are regularly arranged. A grain boundary 22 exists between the crystal grains 20A and 20B.
【００４６】必要に応じて反射膜１８を除去した後、従
来の方法に基づき、半導体結晶の結晶粒の一方の列、例
えば結晶粒２０Ａを含む方にのみｐ型イオンをイオン注
入する（図８の（Ｂ）参照）。これによって、ベース領
域５２が形成される。尚、半導体結晶の他方の列、例え
ば結晶粒２０Ｂを含む方はコレクタ領域５０となる。After the reflection film 18 is removed as necessary, p-type ions are implanted into only one row of the crystal grains of the semiconductor crystal, for example, only the row including the crystal grain 20A, according to a conventional method (FIG. 8). (B)). Thus, a base region 52 is formed. The other row of the semiconductor crystal, for example, the row including the crystal grain 20B becomes the collector region 50.
【００４７】次いで、ｐ型イオンを注入された半導体結
晶の一方の列（本実施例では結晶粒２０Ａを含む列）の
一部分に、従来の方法に基づき、ｎ型イオンをイオン注
入する。これによって、ｎ型イオンが注入された領域に
エミッタ領域５４が形成される（図８の（Ｃ）参照）。
次いで、コレクタ領域５０、ベース領域５２及びエミッ
タ領域５４に電極部３２を形成する（図８の（Ｄ）参
照）。Next, n-type ions are ion-implanted into a part of one of the rows of the semiconductor crystal into which the p-type ions have been implanted (the row including the crystal grains 20A in this embodiment) by a conventional method. Thus, an emitter region 54 is formed in the region into which the n-type ions have been implanted (see FIG. 8C).
Next, the electrode portion 32 is formed in the collector region 50, the base region 52, and the emitter region 54 (see FIG. 8D).
【００４８】こうして、半導体素子を構成する結晶の粒
径が０．２μｍ以上１０μｍ以下（具体的には結晶の粒
径が１．５μｍ）の半導体素子（具体的にはｎｐｎ型の
バイポーラトランジスタ）が作製できる。尚、ｐ型不純
物を含有する半導体薄膜を使用して、ｐｎｐ型のバイポ
ーラトランジスタを作製することもできる。また、一方
の半導体結晶の列にのみ、ｎｐｎ型あるいはｐｎｐ型の
バイポーラトランジスタを作製することもできる。こう
すれば、半導体素子を構成する結晶中には結晶粒界が存
在しない半導体素子、具体的にはバイポーラトランジス
タを作製できる。Thus, a semiconductor element (specifically, an npn-type bipolar transistor) having a crystal grain size of 0.2 μm or more and 10 μm or less (specifically, 1.5 μm in crystal diameter) constituting a semiconductor element is provided. Can be made. Note that a pnp-type bipolar transistor can be manufactured using a semiconductor thin film containing a p-type impurity. Further, an npn-type or pnp-type bipolar transistor can be manufactured only in one of the semiconductor crystal columns. In this manner, a semiconductor element having no crystal grain boundary in the crystal constituting the semiconductor element, specifically, a bipolar transistor can be manufactured.
【００４９】以上、好ましい実施例に基づき本発明を説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。本
発明の半導体結晶の形成方法の実施例で説明した各種の
条件は例示であり、適宜変更することができる。半導体
素子の構造も実施例に限定されるものではなく、適宜変
更することができる。エネルギーは、短時間半導体薄膜
にパルスで照射しても、照射位置を変化させながら連続
的に照射してもよい。Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. The various conditions described in the examples of the method for forming a semiconductor crystal of the present invention are merely examples, and can be changed as appropriate. The structure of the semiconductor element is not limited to the embodiment but can be changed as appropriate. The energy may be applied to the semiconductor thin film for a short time by a pulse, or may be applied continuously while changing the irradiation position.
【００５０】縁部分を有する半導体薄膜の平面形状は、
４つの縁部分を有する矩形あるいは正方形、対向する２
つの縁部分を有する帯状の形状、１つの縁部分を有する
面状の形状等、半導体素子等に要求される特性等に応じ
て、各種の形状とすることができる。The planar shape of the semiconductor thin film having the edge portion is
Rectangular or square with four edges, two opposing
Various shapes, such as a band shape having one edge portion and a planar shape having one edge portion, can be adopted according to characteristics required for a semiconductor element or the like.
【００５１】例えば、半導体薄膜の平面形状を帯状の形
状とした場合、形成された半導体結晶の模式的な一部断
面図を図９の（Ａ）に、一部拡大平面図を図９の（Ｂ）
に示す。また、半導体薄膜の平面形状を１つの縁部分を
有する面状の形状とした場合、形成された半導体結晶の
模式的な一部断面図を図９の（Ｃ）に、一部拡大平面図
を図９の（Ｄ）に示す。図９中、参照番号１２Ａは、エ
ネルギー照射後も結晶化されなかった部分あるいはエネ
ルギーが照射されなかった部分である。半導体薄膜の縁
部分は直線状に限定されない。For example, when the planar shape of the semiconductor thin film is a band shape, a schematic partial cross-sectional view of the formed semiconductor crystal is shown in FIG. 9A, and a partially enlarged plan view is shown in FIG. B)
Shown in When the planar shape of the semiconductor thin film is a planar shape having one edge portion, FIG. 9C is a schematic partial cross-sectional view of the formed semiconductor crystal, and FIG. This is shown in FIG. In FIG. 9, reference numeral 12A denotes a portion that has not been crystallized even after the energy irradiation or a portion that has not been irradiated with the energy. The edge portion of the semiconductor thin film is not limited to a straight line.
【００５２】[0052]
【発明の効果】本発明の第１及び第２の態様に係る半導
体結晶の形成方法によれば、０．２μｍ以上の粒径を有
する大きな半導体結晶を、簡単な工程で、しかも基体や
半導体薄膜に複雑な加工を施すことなく、得ることがで
きる。また、得られた半導体結晶の大きさのばらつきは
小さく、半導体素子の作製に適した半導体結晶を得るこ
とができる。更に、エネルギーを短時間照射するだけな
ので、耐熱性の無い基体に半導体結晶を形成することが
できる。According to the method of forming a semiconductor crystal according to the first and second aspects of the present invention, a large semiconductor crystal having a grain size of 0.2 μm or more can be formed in a simple process by using a substrate or a semiconductor thin film. Can be obtained without performing complicated processing. In addition, variation in the size of the obtained semiconductor crystal is small, and a semiconductor crystal suitable for manufacturing a semiconductor element can be obtained. Furthermore, since the energy is simply irradiated for a short time, a semiconductor crystal can be formed on a substrate having no heat resistance.
【００５３】更に、本発明の第２の態様に係る半導体結
晶の形成方法によれば、反射膜が半導体薄膜上に形成さ
れており、反射膜で被覆された半導体薄膜の部分が結晶
核の発生部分となるので、結晶核の発生位置を正確に制
御することが可能になる。しかも、縁方向に直角の方向
及び縁部分と平行な方向における結晶成長を制御するこ
とができる。これによって、大粒径を有し、しかも粒径
分布の揃った半導体結晶膜を形成することができる。Further, according to the method of forming a semiconductor crystal according to the second aspect of the present invention, the reflection film is formed on the semiconductor thin film, and the portion of the semiconductor thin film covered with the reflection film generates crystal nuclei. Since it is a part, it is possible to accurately control the generation position of the crystal nucleus. In addition, crystal growth in a direction perpendicular to the edge direction and in a direction parallel to the edge portion can be controlled. Thus, a semiconductor crystal film having a large grain size and having a uniform grain size distribution can be formed.
【００５４】本発明の第１の態様に係る半導体素子にお
いては、半導体素子を構成する結晶中に結晶粒界が存在
しないので、半導体装置は優れた特性を有する。また、
本発明の第２の態様に係る半導体素子においては、半導
体素子を構成する結晶の粒径が大きいので、単結晶シリ
コン基板から作製された半導体素子と同様の特性を有す
ることができる。In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, since no crystal grain boundary exists in the crystal constituting the semiconductor device, the semiconductor device has excellent characteristics. Also,
In the semiconductor element according to the second aspect of the present invention, since the crystal constituting the semiconductor element has a large grain size, the semiconductor element can have characteristics similar to those of a semiconductor element manufactured from a single crystal silicon substrate.
【図１】本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形成方
法の工程を説明するための図である。FIG. 1 is a view for explaining steps of a method for forming a semiconductor crystal according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形成方
法の原理を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the method for forming a semiconductor crystal according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形成方
法の工程を説明するための図である。FIG. 3 is a view for explaining steps of a method for forming a semiconductor crystal according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形成方
法の原理を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of a method for forming a semiconductor crystal according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形成方
法における反射膜の別の形態を模式的に示す断面図であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing another form of the reflection film in the method for forming a semiconductor crystal according to the second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の半導体素子の作製方法を、薄膜トラン
ジスタを例にとり説明するための図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor element of the present invention, taking a thin film transistor as an example.
【図７】本発明の半導体素子の作製方法を、太陽電池を
例にとり説明するための図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor element of the present invention, taking a solar cell as an example.
【図８】本発明の半導体素子の作製方法を、バイポーラ
トランジスタを例にとり説明するための図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, taking a bipolar transistor as an example.
【図９】本発明の半導体結晶の形成方法における半導体
薄膜の断面形状及び半導体結晶の断面形状の一例を示す
模式的な図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional shape of a semiconductor thin film and a cross-sectional shape of a semiconductor crystal in the method for forming a semiconductor crystal of the present invention.
【図１０】従来のビーム再結晶化法による半導体結晶の
形成方法を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a method of forming a semiconductor crystal by a conventional beam recrystallization method.
１０ 基体 １２ 半導体薄膜 １２Ａ エネルギー照射後も結晶化されなかった部分 １４ 縁部分 １４Ａ 縁領域 １６ 中央部分 １８ 反射膜 １８Ａ 第１の薄膜 １８Ｂ 第２の薄膜 ２０ 半導体結晶 ２０Ａ，２０Ｂ 結晶粒の列 ２２ 粒界 ２４ 酸化膜 ２６ ポリシリコン ２８ ゲート電極領域 ３０ ソース・ドレイン領域 ３２ 電極部 ４０ マスク ５０ コレクタ領域 ５２ ベース領域 ５４ エミッタ領域 Reference Signs List 10 base 12 semiconductor thin film 12A portion not crystallized even after energy irradiation 14 edge portion 14A edge region 16 central portion 18 reflective film 18A first thin film 18B second thin film 20 semiconductor crystal 20A, 20B row of crystal grains 22 grains Field 24 Oxide film 26 Polysilicon 28 Gate electrode region 30 Source / drain region 32 Electrode part 40 Mask 50 Collector region 52 Base region 54 Emitter region
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダラム・パル・ゴサイン 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 香野 淳 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 ジョナサン・ウエストウォーター 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 碓井 節夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−37918（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−185917（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−14424（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−151390（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−264214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−210622（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−99347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−44785（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299339（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−12320（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/20 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Durham Pal Gosain 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Inventor Jun Atsushi 6-7 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo No. 35 Inside Sony Corporation (72) Inventor Jonathan Westwater 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Setsuo Usui 6-7 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo No. 35 Inside Sony Corporation (56) References JP-A-58-37918 (JP, A) JP-A-61-185917 (JP, A) JP-A-60-144424 (JP, A) JP-A-58 JP-A-151390 (JP, A) JP-A-1-264214 (JP, A) JP-A-57-210622 (JP, A) JP-A-61-99347 (JP, A) JP-A-61-44785 (JP, A) JP-A-5-299339 (JP, A) JP-A-58-12320 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/20
Claims (9)
り且つ縁部分を有する半導体薄膜を形成する工程と、 （ロ）該半導体薄膜上の一部に、エネルギーを反射する
反射膜を形成する工程と、 （ハ）縁部分を含む半導体薄膜にエネルギーを短時間照
射して、該反射膜によって被覆された半導体薄膜の部分
を完全には溶融させず且つ該縁部分を含み反射膜によっ
て被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に溶融させ
て、縁部分に沿った方向に概ね直角方向であって該反射
膜によって被覆された半導体薄膜の部分に向かう方向に
該縁部分を移動させ、且つ、該縁部分の厚さを該反射膜
によって被覆された半導体薄膜の部分の厚さよりも厚く
した後、固化させて結晶化する工程、 から成ることを特徴とする半導体結晶の形成方法。To claim 1 (a) on a substrate, forming a semiconductor thin film and having an edge portion consists substrate and different materials, the (b) on a part of the semiconductor thin film, a reflective film for reflecting energy (C) irradiating the semiconductor thin film including the edge portion with energy for a short time so that the portion of the semiconductor thin film covered by the reflective film is not completely melted and the semiconductor thin film including the edge portion includes the reflective film. Completely melting the uncoated portion of the semiconductor thin film and moving the edge portion in a direction substantially perpendicular to the direction along the edge portion and toward the portion of the semiconductor thin film covered by the reflective film; And a step of making the edge portion thicker than the portion of the semiconductor thin film covered with the reflective film, and then solidifying and crystallizing the semiconductor thin film.
ｍであり、 前記反射膜の最大寸法は１０ｎｍ乃至１０μｍであり、
該反射膜の融点は半導体薄膜の融点より高いことを特徴
とする請求項１に記載の半導体結晶の形成方法。 2. The semiconductor thin film has a thickness of 3 nm to 10 μm.
m, the maximum dimension of the reflective film is 10 nm to 10 μm,
2. The method according to claim 1 , wherein a melting point of the reflection film is higher than a melting point of the semiconductor thin film.
ｍであり、 前記反射膜は、第１の薄膜、及びその上に形成された第
２の薄膜から構成されており、該反射膜の最大長さは１
０ｎｍ乃至１０μｍであり、該第１の薄膜の融点は半導
体薄膜の融点より高いことを特徴とする請求項１に記載
の半導体結晶の形成方法。 3. The semiconductor thin film has a thickness of 3 nm to 10 μm.
m, wherein the reflective film is composed of a first thin film and a second thin film formed thereon, and the maximum length of the reflective film is 1
2. The method according to claim 1 , wherein the first thin film has a melting point of 0 nm to 10 μm, and the melting point of the first thin film is higher than the melting point of the semiconductor thin film.
り且つ縁部分を有する半導体薄膜を形成する工程と、 （ロ）該半導体薄膜上の一部に、エネルギーを反射する
反射膜を形成する工程と、 （ハ）縁部分を含む半導体薄膜にエネルギーを短時間照
射して、該反射膜によって被覆された半導体薄膜の部分
を完全には溶融させず且つ該縁部分を含み反射膜によっ
て被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に溶融させ
て、縁部分に沿った方向に概ね直角方向であって該反射
膜によって被覆された半導体薄膜の部分に向かう方向に
該縁部分を移動させ、且つ、該縁部分の厚さを該反射膜
によって被覆された半導体薄膜の部分の厚さよりも厚く
した後、固化させて結晶化する工程、 によって形成された半導体結晶から作製された半導体素
子であって、該半導体素子を構成する結晶中には結晶粒
界が存在しないことを特徴とする半導体素子。 4. A (i) on a substrate, forming a semiconductor thin film and having an edge portion consists substrate and different materials, the (b) on a part of the semiconductor thin film, a reflective film for reflecting energy (C) irradiating the semiconductor thin film including the edge portion with energy for a short time so that the portion of the semiconductor thin film covered by the reflective film is not completely melted and the semiconductor thin film including the edge portion includes the reflective film. Completely melting the uncoated portion of the semiconductor thin film and moving the edge portion in a direction substantially perpendicular to the direction along the edge portion and toward the portion of the semiconductor thin film covered by the reflective film; And a step of making the edge portion thicker than the thickness of the semiconductor thin film portion covered with the reflective film, and then solidifying and crystallizing the semiconductor thin film. A semiconductor element comprising no crystal grain boundary in a crystal constituting the semiconductor element.
ｍであり、 前記反射膜の最大寸法は１０ｎｍ乃至１０μｍであり、
該反射膜の融点は半導体薄膜の融点より高いことを特徴
とする請求項４に記載の半導体素子。 Wherein said thickness of the semiconductor thin film 3nm to 10μ
m, the maximum dimension of the reflective film is 10 nm to 10 μm,
5. The semiconductor device according to claim 4 , wherein the melting point of the reflection film is higher than the melting point of the semiconductor thin film.
ｍであり、 前記反射膜は、第１の薄膜、及びその上に形成された第
２の薄膜から構成されており、該反射膜の最大長さは１
０ｎｍ乃至１０μｍであり、該第１の薄膜の融点は半導
体薄膜の融点より高いことを特徴とする請求項４に記載
の半導体素子。 Wherein said thickness of the semiconductor thin film 3nm to 10μ
m, wherein the reflective film is composed of a first thin film and a second thin film formed thereon, and the maximum length of the reflective film is 1
5. The semiconductor device according to claim 4 , wherein the first thin film has a melting point of 0 nm to 10 μm and is higher than the melting point of the semiconductor thin film.
り且つ縁部分を有する半導体薄膜を形成する工程と、 （ロ）該半導体薄膜上の一部に、エネルギーを反射する
反射膜を形成する工程と、 （ハ）縁部分を含む半導体薄膜にエネルギーを短時間照
射して、該反射膜によって被覆された半導体薄膜の部分
を完全には溶融させず且つ該縁部分を含み反射膜によっ
て被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に溶融させ
て、縁部分に沿った方向に概ね直角方向であって該反射
膜によって被覆された半導体薄膜の部分に向かう方向に
該縁部分を移動させ、且つ、該縁部分の厚さを該反射膜
によって被覆された半導体薄膜の部分の厚さよりも厚く
した後、固化させて結晶化する工程、 によって形成された半導体結晶から作製された半導体素
子であって、該半導体素子を構成する結晶の粒径が０．
２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする半導体
素子。 7. A step of forming a semiconductor thin film made of a material different from that of the base and having an edge portion on the base, and b. Forming a reflecting film for reflecting energy on a part of the semiconductor thin film. (C) irradiating the semiconductor thin film including the edge portion with energy for a short time so that the portion of the semiconductor thin film covered by the reflective film is not completely melted and the semiconductor thin film including the edge portion includes the reflective film. Completely melting the uncoated portion of the semiconductor thin film and moving the edge portion in a direction substantially perpendicular to the direction along the edge portion and toward the portion of the semiconductor thin film covered by the reflective film; And a step of making the edge portion thicker than the thickness of the semiconductor thin film portion covered with the reflective film, and then solidifying and crystallizing the semiconductor thin film. Thus, the grain size of the crystal constituting the semiconductor element is 0.1.
A semiconductor element having a size of 2 μm or more and 10 μm or less.
ｍであり、 前記反射膜の最大寸法は１０ｎｍ乃至１０μｍであり、
該反射膜の融点は半導体薄膜の融点より高いことを特徴
とする請求項７に記載の半導体素子。 Wherein said thickness of the semiconductor thin film 3nm to 10μ
m, the maximum dimension of the reflective film is 10 nm to 10 μm,
8. The semiconductor device according to claim 7 , wherein a melting point of the reflection film is higher than a melting point of the semiconductor thin film.
ｍであり、 前記反射膜は、第１の薄膜、及びその上に形成された第
２の薄膜から構成されており、該反射膜の最大長さは１
０ｎｍ乃至１０μｍであり、該第１の薄膜の融点は半導
体薄膜の融点より高いことを特徴とする請求項７に記載
の半導体素子。 9. The semiconductor thin film has a thickness of 3 nm to 10 μm.
m, wherein the reflective film is composed of a first thin film and a second thin film formed thereon, and the maximum length of the reflective film is 1
8. The semiconductor device according to claim 7 , wherein the first thin film has a melting point of 0 nm to 10 μm, and the melting point of the first thin film is higher than that of the semiconductor thin film.
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